Impact du cycle jour/nuit sur la spéciation d’iode

Dans les parties précédentes, nous avons vu que l’iode avait un schéma réactionnel très différent la nuit et le jour. Cette partie est une synthèse de ces différences de réactivité entre le jour et la nuit.

La figure III-88 présente le schéma réactionnel obtenu pour le test SDM-I2. On

constate que la journée, la réaction motrice pour la destruction de I2 est la réaction de

photolyse. En effet, lors de l’injection, I2 est principalement détruit par photolyse pour former

l'atome d'iode qui est une espèce clef de la chimie de l’iode. La photolyse joue également un rôle important dans la destruction du IONO2 (équation A4-R6) qui se forme rapidement après

l’injection par la série de réactions suivantes (équations A4-R1, A2-R37 et A2-R78) :

I2 + hν → 2 I A4-R1

I + O3 → IO + O2 A2-R37

IO + NO2 → IONO2 A2-R78

IONO2 + hν → I + NO3 A4-R6

La photolyse importante de IONO2 permet ensuite à d’autres produits comme les espèces

organiques (principalement CH3OOI) et les oxydes d’iode (principalement I2O, I2O5, HOIO2)

de se former lentement et de s’accumuler.

Figure III-88 : Schéma représentatif du mécanisme réactionnel de l’iode suite à une injection de 98 ppt de I2 à 4h le 8 août 2013 (Test SDM-I2).

La figure III-89 présente le schéma réactionnel obtenu de nuit pour le test de nuit SNM-I2. On constate que la nuit, les réactions motrices sont les réactions avec le radical NO3.

Cette chimie est encore peu connue. On constate que la réaction prépondérante est toutefois la réaction entre I2 et NO3 :

I2 + NO3 → I + IONO2 A2-R41

Cette réactivité s’inverse la journée pour détruire IONO2 par la réaction de photolyse :

IONO2 + hν → I + NO3 A4-R6

Figure III-89 : Schéma représentatif du mécanisme réactionnel de l’iode suite à une injection de 98 ppt de I2 à 21h le 8 août 2013 (Test SNM-I2).

On constate que la formation des IxOy peut se produire par diverses réactions : la journée

par les équations A2-R76 et A2-R45 (puis par les équations A2-R51, A2-R55 et A2-R89) et la nuit par les équations A2-R83 et A2-R87 (puis par les équations A2-R51, A2-R55 et A2- R89).

2 IO → I2O2 A2-R76

OIO + IO → I2O3 A2-R83

OIO + OIO → I2O4 A2-R87

I2O2 + O3 → I2O3 + O2 A2-R45

I2O3 + O3 → I2O4 + O2 A2-R51

I2O4 + O3 → I2O5 + O2 A2-R55

VI. Conclusion

A partir des travaux de thèse de Julien Trincal, en faisant une mise à jour des réactions et un complément important pour la partie organique, un mécanisme à 248 réactions a été établi avec chaque réaction référencée. Pour l’établissement de ce mécanisme, les analogies entre halogène (chlore/brome/iode) couramment utilisées dans d’autres travaux, ont été exclues car il a été montré qu’elles ne pouvaient pas fonctionner pour l’iode.

Le mécanisme a ensuite été utilisé dans le code ASTEC/SOPHAEROS en 0D pour étudier de manière analytique les paramètres influant la spéciation de l’iode. Les conditions ont été choisies pour se rapprocher des concentrations réalistes des polluants de l’atmosphère et des concentrations d’iode rejetées en situation d’accident nucléaire sur une centrale française. Plusieurs calculs ont été effectués en faisant varier les concentrations et la nature des espèces rejetées (organique, inorganique) ainsi que le moment de rejet (jour, nuit) et la saison (hiver, été).

Les calculs ont montré que l’iode rejeté sous forme moléculaire ou organique réagit avec les polluants présents dans l’atmosphère comme l’ozone, les NOx ou les COV pour former des oxydes d’iode, des nitroxydes d’iode et d’autres composés organiques et inorganiques. L’hypothèse communément exploitée en situation de crise nucléaire comme lors de l’accident de Fukushima, d’un iode inerte en atmosphère, n’est clairement pas valide.

Les calculs ont également montré une plus forte réactivité de l’iode moléculaire comparé à l’iode organique, particulièrement en été.

Les nitroxydes d’iode sont surtout formés de nuit en hiver pour de faible et moyenne concentrations. Les oxydes d’iode sont favorisés en été à partir de rejets d’iode moléculaire. Ceci s’explique par la relation forte entre ozone et formation d’oxyde d’iode. Les oxydes d’iode majoritaires sont I2O, I2O5, et HOIO2. Il manque dans le système réactionnel les

mécanismes puits de ces espèces, notamment les interactions possibles avec les particules. La formation d’iode organique à partir d’un relâchement d’iode moléculaire peut être calculée pour de faible concentration. L’espèce principale est CH3OOI. En cas de rejet d’iode

organique, avant de produire le radical I, le mécanisme conduit à la formation et la destruction d’autres composés organiques comme CH2IOH et CH2IOO.

Enfin, les calculs avec de forte concentration ont montré la limite de cette approche 0D qui ne permet pas de prendre en compte les effets de dilution lors du transport. La réactivité de l’iode dans ces situations est très rapide mais limitée par la consommation totale des polluants de l’atmosphère comme l’ozone. Afin d’étudier de manière plus réaliste ces situations, une approche 3D est nécessaire.

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